UMA ABORDAGEM CLARA E MOLECULAR SOBRE COMO A VISÃO TRICROMÁTICA HUMANA EVOLUIU

Muitas mutações genéticas em pigmentos visuais distribuídas ao longo de milhões de anos foram necessárias para o ser humano evoluir a partir de um mamífero primitivo com uma visão sombria para um mundo em que um símio fosse capaz de ver todas as cores de um arco-íris.

Mountain Gorilla - Bwindi Uganda. "Gorilas e os chimpanzés têm visão de cores humana", diz Yokoyama. "Ou talvez devêssemos dizer que os seres humanos têm gorila e chimpanzé visão." Crédito: © Alexander / Fotolia

Gorila da montanha – Bwindi Uganda. “Gorilas e os chimpanzés têm visão de cores como a humana”, diz Yokoyama. “Ou talvez devêssemos dizer que os seres humanos têm a mesma visão que gorilas e chimpanzés.”
Crédito: © Alexander / Fotolia

Agora, depois de mais de duas décadas de meticulosa investigação, os cientistas terminaram uma imagem detalhada e completa da evolução da visão de cores humana. O artigo foi publicado na PLOS Genetics – O processo de como os seres humanos mudaram de radiação ultravioleta (UV) para a visão violeta, ou a capacidade de ver a luz azul.

“Nós traçamos todos os caminhos evolutivos, voltando até 90 milhões de anos, que levou a visão de cores humana”, diz o principal autor Shozo Yokoyama, um biólogo da Universidade de Emory. “Nós esclarecemos essas vias moleculares a nível químico, a nível genético e do nível funcional”.

Os co-autores do paper incluem Emory biólogos Jinyi Xing, Yang Liu e Davide Faggionato; Biólogo da Universidade de Syracuse William Starmer; e Ahmet Altun, um químico e ex-pós-doc na Emory que agora está na Universidade de Fatih, em Istambul, na Turquia.

A estrutura molecular das proteínas sensibilli a luz, as opsinas, presentes em fotorreceptores da retina. (© LAGUNA DESIGN / Science Photo Library / Corbis)

A estrutura molecular das proteínas sensíveis a luz, as opsinas, presentes em fotorreceptores da retina. (© LAGUNA DESIGN / Science Photo Library / Corbis)

Yokoyama e vários colaboradores ao longo dos anos têm brincado com os segredos da evolução adaptativa da visão em humanos e outros vertebrados ao estudar moléculas ancestrais. O longo processo envolve a primeira estimativa em sintetizar proteínas e pigmentos de uma espécie ancestral, em seguida, a realização de experiências sobre eles. A técnica combina microbiologia com computação teórica, biofísica, química quântica e da engenharia genética.

Cinco classes de genes opsina codificam os pigmentos visuais para luz e visão de cores. Pedaços de genes de opsina mudam e a visão se adapta conforme o ambiente das espécies mudam.

Cerca de 90 milhões de anos atrás, nossos ancestrais mamíferos primitivos eram noturno e tinham sensibilidade ao UV e ao vermelho, dando-lhes uma visão bi-cromática do mundo. A cerca de 30 milhões de anos atrás, nossos ancestrais tinham evoluído quatro classes de genes opsina, dando-lhes a capacidade de ver o espectro completo de cores da luz visível, com exceção de UV.

“Gorilas e os chimpanzés têm visão de cores humana”, diz Yokoyama. “Ou talvez devêssemos dizer que os seres humanos têm a visão de gorilas e chimpanzés”.

Para o jornal PLOS Genetics, os pesquisadores se concentraram em sete mutações genéticas envolvidas na perda de visão UV e alcançar a função atual de um pigmento sensível ao azul. Eles rastrearam esta progressão de 90-a-30 milhões de anos atrás.

Os pesquisadores identificaram 5.040 possíveis caminhos para as mudanças de aminoácidos necessárias para trazer as mudanças genéticas. “Fizemos experimentos para cada um desses 5.040 possibilidades”, diz Yokoyama. “Descobrimos que uma das sete alterações genéticas necessárias, cada um deles individualmente não tem nenhum efeito. É só quando várias das mudanças combinam-se em uma determinada ordem que o caminho evolutivo pode ser concluída”.

Em outras palavras, assim como ambiente externo de um animal dirige a seleção natural, ocorre com as mudanças no ambiente molecular do animal.

Na pesquisa anterior, Yokoyama mostrou como o peixe-espada, que hoje passa a maior parte de sua vida em profundidades de 25 a 100 metros, precisou de apenas uma mutação genética para mudar de UV para uma visão sensível a luz azul. Antepassados humanos, no entanto, precisaram de sete mudanças que foram espalhadas ao longo de milhões de anos. “A evolução para a visão dos nossos antepassados foi muito lenta, em comparação com este peixe, provavelmente porque seu ambiente mudou muito mais lentamente”, diz Yokoyama.

Cerca de 80% dos 5.040 caminhos traçados pelos pesquisadores pararam no meio, porque a proteína se tornou não-funcional. O químico Ahmet Altun resolveu o mistério de por que a proteína foi nocauteada. Ele precisa de água para a função, e uma mutação ocorreu antes de outra bloquear os dois canais de água que se estendem através da membrana do pigmento visão.

“Os 20% restantes das vias permaneceram possíveis, mas nossos ancestrais usavam apenas uma”, diz Yokoyama. “Identificamos esse caminho.”

Em 1990, Yokoyama identificou os três mudanças de aminoácidos específicos que conduziram à ancestrais humanos em desenvolvimento um pigmento sensível ao verde. Em 2008, ele liderou um esforço para construir a mais extensa árvore evolutiva para essa luz, incluindo desde animais como enguias ate seres humanos. Nos ramos principais da árvore, o laboratório de engenharia de Yokoyama analisou as funções dos genes ancestrais a fim de conectar as mudanças no ambiente de vida para as alterações moleculares.

O jornal PLOS Genetics apresenta o projeto completo para a evolução da visão de cores humana. “Não temos mais ambiguidades, até o nível da expressão de aminoácidos, para os mecanismos envolvidos nesse caminho evolutivo”, diz Yokoyama.

Fonte: Science Daily

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